MECÁNICA DE SUELOS I

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

(NTP 339.128 / ASTM D-422)

El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la

parte del suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que pasan por cada tamiz.

INTRODUCCIÓNSe denomina distribución granulométrica de un suelo a la división

del mismo en diferentes fracciones, es la determinación de los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla que se encuentra en cierta masa de suelo seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracteriza porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente.

En suelos gruesos (gravas, arenas y limos no plásticos), de estructura simple, la característica más importante para definir su resistencia es la compacidad; la anguladas de los granos y la orientación de las partículas juegan también un papel importante, aunque menor.

Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo, arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como arena según tuviera tal o cual tamaño máximo. La necesidad de un sistema de clasificación de suelos no es discutible, pero el ingeniero ha de buscar uno en que el criterio de clasificación le sea útil.

El método mecánico se usa en caso de que los suelos sean granulares lo que permite fácilmente determinar los porcentajes de grava y arena mediante el uso de un juego de tamices. Estos tamices con aberturas calibradas, varían desde 10.16 cm. que equivale a 4’’ hasta 0.074 mm que equivale al tamiz No 200.

El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de tamices, previo conocimiento del peso total de la muestra; la parte del suelo retenido por cada tamiz se calcula en forma individual con relación al peso total y seguidamente se determina los porcentajes que pasan por cada tamiz.

I. OBJETIVOConocer y adquirir conocimientos del método de análisis granulométrico mecánico, para poder determinar de manera adecuada la distribución y el tamaño de sus partículas de un suelo.Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas de un suelo.Analizar su graduación en base a los coeficientes de Uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).Desarrollar este ensayo guiándonos de la Norma Técnica Peruana (NTP 339.128).Determinar el porcentaje de paso de los diferentes tamaños de suelo y con estos datos construir su curva granulométrica.

II. MATERIALES Y EQUIPOS

- Balanza electrónica de sensibilidad 0.1 g.- Juego de tamices ASTM (3'' - N° 200).- Horno de secado- Muestra de Suelo (Arcilla y Arena).- Recipientes.- Cepillos, brochas.- Guantes de látex.- Mascarilla anti polvo.- Recipiente metálico.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO

Es la parte de la Mecánica de Suelos que estudia lo referente a las formas y distribución de tamaños de las gravas o partículas que constituyen un suelo.

El análisis granulométrico de un suelo consiste en separar y clasificar por tamaños los granos que lo componen. Es de poca utilidad en los suelos finos, pero permite formarse una idea aproximada de algunos de las propiedades de los suelos gruesos.

El análisis por mallas se concreta a segregar el suelo mediante una serie de mallas que definen el tamaño de la partícula.

El tamaño de los granos puede también obtenerse aplicando la Ley de Stokes, que rige la caída libre de una esfera en un líquido. El método del hidrómetro (densímetro) es el que permite aplicar con más exactitud este principio.

El análisis combinado o total consiste en aplicar el análisis por mallas y el método del hidrómetro, respectivamente, a las porciones gruesas y finas de un mismo material.

Generalmente, se recurre al análisis combinado si el material contiene más del 25% en peso de granos retenidos en la malla N° 200. De ser posible, el análisis granulométrico de los suelos arcillosos debe realizarse sobre muestras que hayan sido secadas al aire y no al horno para evitar alterar las partículas finas.

La granulometría de un suelo se define como la distribución del tamaño de sus partículas y se determina haciendo pasar una muestra representativa de suelo por una serie de tamices ordenados, por abertura, de mayor a menor.

Los tamices son básicamente unas mallas de aberturas cuadradas, que se encuentran estandarizadas (tamices ASTM) según el tamaño de la abertura en pulgadas.

La serie de tamices utilizados para los suelos son:

3", 2½", 2", 1½", 1", ¾", ½", 3/8”,1/4”, Nº 4, Nº 10, Nº 20, Nº 40, Nº 50, Nº 100, Nº 200, Plato.

Calculo de porcentaje retenido sobre cada tamiz en la siguiente forma:

%Retenido=Peso retenido enel tamizPeso total

x 100

Calculo del porcentaje más fino, restando en forma acumulada de 100% los porcentajes retenidos sobre cada tamiz.

%Pasa=100−%Retenidoacomulado

COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD Y CURVATURAS

De acuerdo a la distribución de partículas de un suelo se puede inferir cierta información a nivel cualitativo para un suelo grueso. La distribución del tamaño de las partículas constitutivas de un suelo grueso se expresa gráficamente mediante una curva de distribución granulométrica.

A partir de la curva pueden obtenerse dos importantes indicadores que caracterizan a un suelo.

a) Coeficiente de Uniformidad (Cu):

El coeficiente de uniformidad, definido originalmente por Terzaghi y Peck, se utiliza para evaluar la uniformidad del tamaño de las partículas de un suelo. Se expresa como la relación entre D60 y D10, como se muestra en la fórmula:

Cu=D60D10

Donde:

D60: El diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 60% del suelo, en peso.

D10: El diámetro o tamaño por debajo del cual queda el 10% del suelo, en peso.

Asimismo, representa la extensión de la curva granulométrica, es decir, a mayor extensión de esta curva, se tendrá una mayor variedad de tamaños, lo que es propio de un suelo bien graduado. Esto se cumple en arena para un Cu>6 y para Gravas Cu>4.

b) Coeficiente de Curvatura (Cc):

Como dato complementario, es necesario para definir la uniformidad, se define el coeficiente de curvatura del suelo con la expresión:

C c=(D¿¿30)2

D60 x D10¿

Donde:D60: El diámetro o tamaño por debajo del

cual queda el 60% del suelo, en peso.D30: El diámetro o tamaño por debajo del

cual queda el 30% del suelo, en peso.D10: El diámetro o tamaño por debajo del

cual queda el 10% del suelo, en peso.

Trata de indicarnos una curva granulométrica constante, sin escalones; esto cumple tanto en arenas como gravas para cuando 1 < Cc < 3.Por lo tanto, ambos coeficientes de uniformidad y curvatura sirven para indicarnos de una manera práctica y sencilla en el laboratorio cuando un suelo se encuentra bien graduado o mal graduado.

c) Fórmulas de Interpolación D10, D30, D60:

D x=DS−(%PS−X )(DS−DI )

%PS−Π

Donde:DX: Diámetro incógnita (10, 30, 60).DS: Diámetro de malla superior.DI: Diámetro de malla inferior.PS: Porcentaje que pasa por la malla

superior.PI: Porcentaje que pasa por la malla

inferior.

IV. PROCEDIMIENTO

ARENA Y ARCILLA

- Empezamos este ensayo seleccionando el material en este caso arcilla y arena.